CZ195498A3 - Pružný tenkovrstvý otevřený elektrochemický článek - Google Patents

Description

Pružný tenkovrstvý otevřený elektrochemický článek

Oblast techniky

Vynález se týká elektrochemických článků, které jsou používány jako bateriové energetické zdroje pro přeměnu chemické energie na energii elektrickou. Zejména se tento vynález týká primárního nebo dobíjecího elektrochemického článku, který je určen k použití jako normální nebo dobíječi baterie, která provádí přeměnu chemické energie na energii elektrickou s využitím mokrého (to jest v kapalném stavu) elektrolytu, který je udržován v pružné tenké vrstvě a v otevřeném uspořádání.

Dosavadní stav techniky

Neustále rostoucí rozvoj miniaturizovaných a přenosných elektricky napájených zařízení kompaktní konstrukce, jako jsou například mobilní telefony, zvukové nahrávače a přehrávače, hodinky, filmové kamery, videokamery a fotoaparáty, zobrazovací jednotky s tekutými krystaly, elektronické kalkulačky, IC karty, teplotní snímače, pomůcky pro neslyšící, na tlak citlivé bzučáky a podobně, způsobuje i neustálý růst požadavků na kompaktní tenkovrstvé baterie pro napájení těchto přístrojů. Z toho důvodu vzniká naléhavý požadavek na vyvinutí tenkovrstvého elektrochemického článku, který může být používán jako baterie.

• ·

Baterie lze obecně rozdělit do dvou kategorií, přičemž baterie první kategorie obsahují mokré elektrolyty (to znamená, že jde o baterie v kapalném stavu), zatímco baterie druhé kategorie obsahují elektrolyt v pevném stavu.

Ačkoliv baterie v pevném stavu mají podstatnou výhodu zejména v tom, že nevysychají a neunikají, tak na druhé straně trpí závažným nedostatkem v porovnání s mokrými bateriemi v kapalném stavu, a totiž tím, že v důsledku omezené míry difúze iontů přes pevný materiál je jejich provoz do značné míry velice závislý na teplotě, takže mohou dobře fungovat pouze při zvýšených teplotách. Z toho vyplývá i další nedostatek, že totiž při shora uvedené omezené míře difuse iontů lze baterie v pevném stavu charakterizovat velmi nízkým poměrem jimi dodávané elektrické energie vůči jejich potenciální chemické energii.

Tenkovrstvé baterie v kapalném stavu obvykle obsahují kladnou a zápornou aktivní nerozpustnou materiálovou vrstvu, uloženou společně s oddělovačem či separátorem, který je umístěn mezi těmito vrstvami, a který je napuštěn či nasáknut kapalným elektrolytickým roztokem, takže funguje jako elektrolytická kapalná vrstva.

Takové baterie, jejichž příklad je popsán například v patentovém spise US 4 623 598 (Waki a další) nebo v patentovém spise JP 61-55866 (Fuminobu a další), musejí být utěsněny filmem krycího materiálu, aby se zabránilo vypařování kapaliny, takže jsou potom uzavřenými elektrochemickými články. Jelikož jsou tedy uzavřenými články, mají takovéto baterie tendenci bobtnat nebo se vydouvat během jejich skladování, a to v důsledku vyvíjení

plynů, což je osudový problém u tenkovrstvých baterií, které nemají žádnou mechanickou výztuž. Tlak, vyvolávaný nahromaděnými plyny, vede k oddělování jednotlivých vrstev, čímž se baterie stává provozu neschopná a tím tedy i nepoužitelná.

Prostředky pro překonání tohoto problému jsou následuj ící:

(1) použití polymerového činidla pro zvýšení viskozity, jako je například hydroxyetylcelulóza, uplatňovaného pro přilnutí (to jest přilepení) jednotlivých vrstev baterie vzájemně k sobě, čímž lze překonat podstatný problém takovýchto baterií, způsobený nepřítomností pevné výztuže; a (2) přidání rtuti za tím účelem, aby bylo zabráněno vývoji plynů, a to zejména vodíku.

Zde je však nutno zdůraznit, že polymer je svými účinky a svou efektivitou poněkud omezen, a rtuť jako taková je velmi nebezpečná z hlediska životního prostředí i z hlediska ochrany zdraví.

Cesta k řešení shora popsaného omezení byla popsána v patentovém spise US 3 901 732 (Kis a další) , kde polymerický materiál, který je pro plyny propustný a pro elektrolyt nepropustný, je uspořádán kolem baterie, takže umožňuje větrání nežádoucích plynů, přičemž současně zabraňuje nežádoucímu úniku a ztrátám elektrolytu z baterie, a je tak tedy v podstatě použit jako film krycího materiálu pro zapouzdření bateriového článku.

• ·

Avšak mnohem lepší a efektivnější cestou k zabránění hromadění nežádoucích plynů v tenkovrstvých bateriích v tekutém stavu je vytvoření těchto baterií jako otevřených článků pro usnadnění uvolňování plynů, přičemž je však nutno současně použít i prostředků pro zamezení vypařování kapaliny a tím tedy i vysychání baterie.

Z uvedeného je zřejmé, že tedy existuje široce pociťovaná potřeba, a že by bylo velice výhodné disponovat pružným tenkovrstvým otevřeným elektrochemických článkem, který by zamezoval jak nahromaďování plynů, tak i současně vypařování kapaliny.

Podstata vynálezu

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl vyvinut pružný tenkovrstvý otevřený zvlhčený elektrochemický článek, který může být použit jako primární nebo dobíječi energetický zdroj elektrického proudu pro různá miniaturizovaná a přenosná elektrickým proudem napájená zařízení kompaktní konstrukce.

Dále byl rovněž vyvinut způsob výroby takového otevřeného elektrochemického článku.

Pružný tenkovrstvý otevřený elektrochemický článek podle tohoto vynálezu obsahuje mokrý elektrolyt, který jej udržuje v pružném, tenkém a otevřeném uspořádání, čímž je zamezeno nahromaďování plynů v průběhu skladování článku.

V souladu s dalšími znaky výhodného provedení předmětu tohoto vynálezu tak, jak bude dále popsáno, obsahuje pružný tenkovrstvý otevřený zvlhčený elektrochemický článek první

vrstvu nerozpustného záporného pólu, druhou vrstvu nerozpustného kladného pólu a třetí vrstvu vodného elektrolytu, přičemž třetí vrstva je umístěna mezi první vrstvou a druhou vrstvou, a obsahuje:

(a) navlhavý hygroskopický materiál pro neustálé udržování otevřeného článku ve vlhkém stavu po celou dobu;

(b) elektroaktivní rozpustný materiál pro dosažení požadované iontové vodivosti; a (c) ve vodě rozpustný polymer pro dosažení požadované viskozity pro přilnutí první a druhé vrstvy ke třetí vrstvě.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení je elektrolytická vrstva vázána prostřednictvím pórovité substance.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení je pórovitá substance vybrána ze skupiny, zahrnující filtrační papír, plastikovou membránu, celulózovou membránu a tkaninu.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak první vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje prášek oxidu manganičitého a druhá vrstva nerozpustného záporného pólu obsahuje zinkový prášek.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak první vrstva nerozpustného záporného pólu a/nebo druhá vrstva nerozpustného kladného pólu dále obsahuje uhlíkový prášek, a elektroaktivní rozpustný materiál je vybrán ze skupiny, sestávající z chloridu zinečnatého, bromidu zinečnatého, fluoridu zinečnatého a hydroxidu draselného.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak první vrstva nerozpustného záporného pólu zahrnuje prášek oxidu stříbrného a druhá vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje zinkový prášek, přičemž elektroaktivním rozpustným materiálem je hydroxid draselný.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak první vrstva nerozpustného záporného pólu obsahuje kadmiový prášek a druhá vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje prášek oxidu nikelnatého, přičemž elektroaktivním rozpustným materiálem je hydroxid draselný.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak první vrstva nerozpustného záporného pólu obsahuje železný prášek a druhá vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje prášek oxidu nikelnatého, přičemž elektroaktivním rozpustným materiálem je hydroxid draselný.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak první vrstva nerozpustného záporného pólu a druhá vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje prášek oxidu olovnatého, přičemž je článek nabit napětím, přivedeným na příslušné póly, a přičemž elektroaktivním rozpustným materiálem je kyselina sírová.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak navlhavý materiál a elektroaktivní rozpustný materiál je jeden a tentýž materiál, který je vybrán ze skupiny, sestávající z chloridu zinečnatého, bromidu zinečnatého, fluoridu zinečnatého a hydroxidu draselného.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení je pak navlhavý materiál vybrán ze skupiny, sestávající z chloridu vápenatého, bromidu vápenatého, dvoj fosforečnanu draselného a octanu draselného.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak ve vodě rozpustný polymer je vybrán ze skupiny, sestávající z polyvinylalkoholu, polyakrylamidu, kyseliny polyakrylové, polyvinylpyrolidonu, polyetylénoxidu, agaru, agarózy, škrobu, hydroxyetylcelulózy a jejich kombinací a kopolymerů.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak ve vodě rozpustný polymer a navlhavý materiál je jeden a tentýž materiál, který je vybrán ze skupiny, sestávající z dextranu, dextransíránu a jejich kombinací a kopolymerů.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení článek dále obsahuje koncovky, přičemž každá z uvedených koncovek je elektricky spojena s jednou nebo s druhou pólovou vrstvou.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení je koncovka vyrobena z grafitu nebo z kovu.

• ·

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení je pak kov vybrán ze skupiny, sestávající ze železa, niklu, titanu, mědi, nerezavějící oceli a jejich směsí, přičemž jsou terminály aplikovány k článku pomocí tiskařské techniky, kterou může být například, avšak bez jakéhokoliv omezení hedvábný tisk, ofsetový tisk, proudové tištění, vrstvení, odpařování materiálů a nebo prášková disperze.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení článek dále obsahuje alespoň jednu vodivou vrstvu pro zlepšení elektronové vodivosti alespoň jedné první nebo druhé pólové vrstvy.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak vodivá vrstva je vybrána ze skupiny, sestávající z grafitového papíru a uhlíkové tkaniny.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení článek dále obsahuje vnější vrstvu, vybranou ze skupiny, sestávající z přilnavé adhezivní zadní vrstvy, plátkové ochranné vrstvy a z kombinace přilnavé adhezivní zadní vrstvy a plátkové ochranné vrstvy.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení byl vyvinut elektrický energetický zdroj, který sestává alespoň ze dvou shora popsaných článků, přičemž tyto články jsou spojeny v orientaci „od hlavy k ocasu v bipolárním zapojení.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení je spojení provedeno pomocí lepidla, vybraného ze

skupiny, sestávající z vodivé oboustranné lepicí pásky a vodivé vrstvy lepidla.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak vodivá oboustranná lepicí páska a vodivá vrstva lepidla jsou nanášeny prostřednictvím tiskařské techniky.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení elektrochemický článek obsahuje první vrstvu nerozpustného záporného pólu, druhou vrstvu nerozpustného kladného pólu a třetí vrstvu vodného elektrolytu, přičemž třetí vrstva je umístěna mezi první vrstvou a mezi druhou vrstvou, a obsahuje:

(a) ve vodě rozpustný polymer pro dosažení požadované viskozity pro přilnutí první vrstvy a druhé vrstvy ke třetí vrstvě, a pro dosažení požadované hygroskopičnosti pro neustálé udržování otevřeného článku ve vlhkém stavu po celou dobu; a (b) elektroaktivní rozpustný materiál pro dosažení požadované iontové vodivosti.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak způsob výroby pružného tenkovrstvého otevřeného zvlhčeného elektrochemického článku obsahuje následující kroky:

(a) vlhčení pórovité substance, druhou stranu, vodným roztokem, materiál, elektroaktivní rozpustný mající první stranu a obsahujícím navlhavý materiál a ve vodě rozpustný polymer;

(b) nanášení na první stranu pórovité substance záporné pólové vrstvy; a (c) nanášení na druhou stranu pórovité substance kladné pólové vrstvy.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení se vlhčení provádí ponořovací nebo tiskařskou technikou.

V souladu s ještě dalšími znaky dále popsaných výhodných provedení pak vrstvy záporného a kladného pólu obsahují aktivní nerozpustné práškové materiály, smísené s navlhavým hygroskopickým materiálem, elektroaktivním rozpustným materiálem a ve vodě rozpustným polymerem, přičemž nanášení vrstev záporného a kladného pólu se provádí tiskařskou technikou.

S pomocí předmětu tohoto vynálezu jsou úspěšně odstraněny nedostatky dosud známých provedení, a to zejména vyvinutím pružného tenkovrstvého otevřeného elektrochemického článku, který neakumuluje plyny během svého skladování, a je udržován ve vlhkém a celistvém stavu v důsledku použití navlhavého hygroskopického materiálu pro neustálé udržování článku ve zvlhčeném stavu po celou dobu, a v důsledku použití ve vodě rozpustného polymeru pro dosažení požadované viskozity pro přilnutí pólových vrstev k vrstvě vodného elektrolytu.

Další předností předmětného elektrochemického článku je to, že článek nemá žádný vnější pevný obal, v důsledku čehož » » φ · » * je tenký, lehký a pružný, přičemž může být vyráběn v jakýchkoliv rozměrech, tvarech či barvách, a může být rovněž opatřen příslušnými vzory, v důsledku čehož je takový článek vhodný pro celou řadu různých uplatnění.

Ještě další přednosti a výhody elektrochemického článku podle tohoto vynálezu představují nízké ekonomické náklady, dále skutečnost, že je článek vyroben z materiálů, které jsou šetrné k životnímu prostředí a k člověku samotnému, a v neposlední řadě rovněž skutečnost, že článek je samolepicí a může být bez problémů kdekoliv přilepen prostřednictvím jeho přilnavé adhezivní zadní vrstvy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude nyní v dalším blíže vysvětlen prostřednictvím popisu příkladů jeho provedení, a to s odkazem na přiložené výkresy, kde:

obr. 1 znázorňuje axonometrický pohled na základní uspořádání pružného tenkovrstvého otevřeného elektrochemického článku, který je předmětem tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje axonometrický pohled na jiné možné uspořádání pružného tenkovrstvého otevřeného elektrochemického článku podle tohoto vynálezu;

obr. 3a a obr. 3b znázorňují axonometrické pohledy na dvě možná uspořádání elektrických energetických zdrojů, vytvořených bipolárním propojením dvou elektrochemických článků podle obr. 1 a podle obr. 2, a to za účelem dalšího ·« ··*· • · zvýšení množství elektrické energie, získávané z takto vytvořených elektrických zdrojů; a obr. 4 znázorňuje diagram, zobrazující napětí pružného tenkovrstvého otevřeného elektrochemického článku podle tohoto vynálezu, jak bylo naměřeno voltmetrem, a to v závislosti na čase při pokojových podmínkách.

Příklady provedení vynálezu

Tento vynález se týká pružného tenkovrstvého otevřeného elektrochemického článku, který může být použit jako primární nebo dobíječi energetický zdroj pro různá miniaturizovaná a přenosná elektricky napájená zařízení kompaktní celistvé konstrukce. Pružný tenkovrstvý otevřený elektrochemický článek podle tohoto vynálezu obsahuje mokrý elektrolyt, který si udržuje pružné, tenké a otevřené uspořádání, takže nedochází k akumulaci či hromadění plynů při jeho skladování.

Principy a funkce pružného tenkovrstvého otevřeného elektrochemického článku podle tohoto vynálezu budou lépe srozumitelné na základě následujícího popisu, provedeného s příslušnými odkazy na připojené obrázky výkresů.

Co se týče výkresů, je na obr. 1 znázorněno základní uspořádání sestavy pružného tenkovrstvého otevřeného elektrochemického článku podle tohoto vynálezu, který je obecně označen vztahovou značkou 10 . Tento článek 10 obsahuje tři následující vrstvy.

První vrstvou je nerozpustný záporný pól 14, druhou vrstvou je nerozpustný kladný pól 16 a třetí vrstvou je vodný elektrolyt 12.

vybíjeným záporným pólem ten, zatímco kladným pólem je ten, ·· ··

I · » 4 » < ··

Pro účely tohoto popisu je na kterém se vyskytuje oxidace, na němž dochází k odkysličování

Vrstva vodného elektrolytu zahrnuje:

- navlhavý (to jest hygroskopický) materiál pro neustálé udržování otevřeného článku 10 ve vlhkém stavu po celou dobu;

- elektroaktivní rozpustný materiál pro získávání požadované iontové vodivosti; a

- ve vodě rozpustný polymer pro získání požadované viskozity či vazkosti pro ulpívání vrstev záporného pólu 14 a kladného pólu 16 na vrstvě vodného elektrolytu 12.

V dalším bude následovat podrobnější popis každé z vrstev 14, 16 a 12 a jejich úlohy při provozu pružného tenkovrstvého otevřeného elektrochemického článku 10.

Vrstva vodného elektrolytu 12 obvykle obsahuje pórovitou nerozpustnou substanci, kterou může být například, avšak bez jakéhokoliv omezení, filtrační papír, plastová membrána, celulózová membrána, tkanina a podobně. Tato pórovitá nerozpustná substance je zvlhčena vodným roztokem, který zahrnuje následující tři složky:

- navlhavý hygroskopický materiál;

- elektroaktivní rozpustný materiál; a • ·

- ve vodě rozpustný polymer.

Navlhavý materiál tím, že je hygroskopický udržuje otevřený článek 10 neustále navlhčený po celou dobu. Hladina vlhkosti v otevřeném článku 10 může kolísat v závislosti na výběru navlhavého materiálu, na jeho koncentraci a na vzdušné vlhkosti. Vhodnými navlhavými materiály mohou být například, avšak bez jakéhokoliv omezení, chlorid vápenatý, bromid vápenatý, dvojfosforečnan draselný, octan draselný a jejich vzájemné kombinace.

Elektroaktivní rozpustný materiál bývá zvolen s přihlédnutím k materiálům, z nichž jsou vyrobeny vrstvy záporného pólu 14 a kladného pólu 16. Přehled všeobecně a často používaných elektroaktivních rozpustných materiálů, vhodných pro předmět tohoto vynálezu, zahrnuje například, avšak bez jakéhokoliv omezení, chlorid zinečnatý, bromid zinečnatý a fluorid zinečnatý pro různé primární články, a hydroxid draselný a kyselinu sírovou pro dobíječi články.

Ve vodě rozpustný polymer je používán jako adhezní činidlo pro přilnutí (to jest pro přilepení) pólových vrstev záporného pólu 14 a kladného pólu 16 k vrstvě vodného elektrolytu 12 . Pro tyto účely je vhodná celá řada typů polymerů, jako například polyvinylalkohol, polyakrylamid, polyakrylová kyselina, polyvinylpyrolidon, polyetylénoxid, agar, agaróza, škrob, hydroxyetylcelulóza a jejich příslušné kombinace a kopolymery uvedených látek.

Jak vrstva záporného pólu 14, tak i vrstva kladného pólu 16 obsahuje směs vhodných (buď záporných nebo kladných podle příslušnosti) aktivních nerozpustných práškových materiálů ve • · vodném roztoku, obdobném jako shora popsaný roztok, a obsahuj ícím:

- navlhavý hygroskopický materiál;

- elektroaktivní rozpustný materiál; a

- ve vodě rozpustný polymer.

Pro odborníka v dané oblasti techniky je zcela zřejmé, že pokud se elektroaktivní rozpustný materiál nebude měnit, tak navlhavý hygroskopický materiál a ve vodě rozpustný polymer mohou být zvoleny v posledně jmenovaném roztoku, jinými slovy, že elektroaktivní rozpustný materiál může být tentýž ve všech třech vrstvách 12, 14 a 16, zatímco navlhavý hygroskopický materiál a ve vodě rozpustný polymer se mohou mezi vrstvami měnit podle požadavků příslušného specifického použití.

Vhodným výběrem aktivních nerozpustných práškových materiálů pro vrstvu záporného pólu 14 a pro vrstvu kladného pólu 16, které budou přizpůsobeny elektroakt ivnímu rozpustnému materiálu, jak bude popsáno dále při objasňování jednotlivých příkladů provedení, lze vytvořit pružný tenkostěnný otevřený elektrochemický článek 10, který může být používán jako energetický zdroj (například baterie), kterýžto článek 10 je otevřený a proto nebude hromadit či akumulovat plyny při skladování, přičemž hygroskopičnost navlhavého materiálu je zajištěna, neboť článek 10 je neustále udržován vlhký po celou dobu, i když je otevřený.

• · • · · · · · · • · · · ···· · • · · · · · • · ♦ · · · ·

Vhodnými dvojicemi materiálů, které mohou být použity pro vrstvu záporného pólu 14 a pro vrstvu kladného pólu 16, jsou například, avšak bez jakéhokoliv omezení:

oxid manganičitý	zinek
oxid stříbrný	zinek
kadmium	oxid nikelnatý
železo	oxid nikelnatý

(oxid manganičitý a oxid stříbrný mohou být smíšeny s vodivým uhlíkovým práškem, jak je v dosavadním stavu techniky zcela běžně známo).

v dané oblasti techniky je zcela zřejmé, může současně fungovat jak jako navlhavý jako elektroaktivní rozpustný materiál, však musí pochopitelné získat vhodné hygroskopické charakteristiky. Vhodnými typu mohou být například , avšak bez , chlorid zinečnatý nebo bromid zinečnatý.

Pro odborníky že jediný materiál materiál, tak i Takový materiál elektroaktivní a materiály tohoto jakéhokoliv omezení

Pro odborníky v dané oblastí techniky je dále zcela zřejmé, že jediný materiál může fungovat jako navlhavý materiál a jako ve vodě rozpustný polymer. Takový materiál však musí získat vhodné hygroskopické a přilnavostní neboli adhezivní charakteristiky. Vhodnými materiály tohoto typu mohou být například, avšak bez jakéhokoliv omezení, dextran, dextransíran a jejich kombinace a kopolymery.

Tři vrstvy 12, 14 a 16, zobrazené na obr. 1 a popsané ve shora uvedeném popise, mohou být vyrobeny tenké a pružné, • · • · · · · · · ···· ··· ·· · ” ** takže článek je pružný a má tloušťku 0,5 až 1,5 mm nebo ještě menší.

Je velmi výhodné, a bude to v dalším ještě podrobněji popsáno, když je článek 10 vyráběn vhodnou tiskařskou technikou. Takováto vhodná tiskařská technika může například zahrnovat, avšak bez jakéhokoliv omezení, hedvábný tisk, ofsetový tisk, proudové tištění, vrstvení, odpařování materiálů a práškovou disperzi neboli rozptyl.

Jiné možné uspořádání je znázorněno na obr. 2, kde je vyobrazen článek, který je obecně označen vztahovou značkou 20. Stejně jako článek 10, tak i článek 20 rovněž obsahuje vrstvy 12, 14 a 16 (šrafovaná oblast), které vytvářejí základní článek.

Článek 20 dále obsahuje jednu nebo dvě přídavné vodivé vrstvy 22 a 24, které jsou určeny pro zlepšení elektronové vodivosti vrstvy záporného pólu 14 a/nebo vrstvy kladného pólu 16. Vhodnými vodivými vrstvami jsou grafitový papír, uhlíková tkanina a podobně.

Článek 20 rovněž obsahuje zápornou koncovku 26 a kladnou koncovku 28, kteréžto koncovky 2 6 a 28 jsou v elektrickém styku buď s příslušnou odpovídající vrstvou záporného pólu 14 a s příslušnou odpovídající vrstvou kladného pólu 16, nebo s příslušnou odpovídající vodivou vrstvou 22 a 24, nebo s oběma.

Záporná koncovka 26 a kladná koncovka 28 mohou být vyrobeny z jakýchkoliv vhodných materiálů, jako jsou například, avšak bez jakéhokoliv omezení, grafit nebo kovy • ·

jako například železo, nikl, titan, měď, nerezavějící ocel a jejich směsi, a mohou být s výhodou uplatněny u článku 20 pomocí vhodné tiskařské techniky, jako jsou například ty, které byly shora zmíněny.

Záporná koncovka 26 a kladná koncovka 28 jsou používány k elektrickému připojení článku 20 k příslušné zátěži, jako je například elektricky napájené zařízení. Tyto koncovky 26 a 28 mohou být umístěny v jakémkoliv požadovaném místě článku 20, mohou mít jakýkoliv vhodný tvar a rozměr, a v závislosti na specifických požadavcích mohou tyto koncovky 2 6 a 28 vyčnívat z povrchové plochy článku 20.

Článek 20 může být dále opatřen alespoň jednou zvnějšku umístěnou přilnavou adhezivni zadní vrstvou 29, která je určena k tomu, aby umožňovala připevnění článku 20 k různým povrchovým plochám, a/nebo může být článek 20 opatřen alespoň jednou zvnějšku umístěnou plátkovou ochrannou vrstvou 30, která je určena k tomu, aby fyzicky chránila všechny ostatní vrstvy.

Ještě jiné uspořádání je znázorněno na obr. 3a a na obr. 3b.

Dva nebo více článků 10, jak je znázorněno na obr. 3a, nebo článku 20, jak je znázorněno na obr. 3b, může být elektricky propojeno prostřednictvím bipolárního spojení za účelem dodatečného zvýšení elektrické energie, získávané z takto vytvořených elektrických energetických zdrojů 40 a 50.

Za uvedeným účelem jsou dva nebo více článků přilnuty vzájemně jeden ke druhému, a to v postupné orientaci „od • · • · hlavy k ocasu, jak je znázorněno na obr. 3a a na obr. 3b uspořádáním vrstev 22, 14, 12, 16 a 24, a to prostřednictvím vodivého oboustranného lepicího pásku, nebo prostřednictvím vodivé vrstvy 42 lepidla, aplikované například s použitím vhodné tiskařské techniky, umožňující průchod elektronů mezi přilehlými články.

Je zcela jasné, že elektrické energetické zdroje 4 0 a/nebo 50 mohou být dále opatřeny zvnějšku umístěnou přilnavou adhezivní zadní vrstvou nebo vrstvami, podobnými zadní vrstvě 2 9 podle obr. 2, a/nebo zvnějšku umístěnou plátkovou ochrannou vrstvou nebo vrstvami, obdobnými ochranné vrstvě 30 podle obr. 2. Dále je rovněž zcela jasné, že elektrické energetické zdroje 40 a 50 mohou být opatřeny zápornou a kladnou koncovkou, které jsou obdobné záporné koncovce 26 a kladné koncovce 28 podle obr. 2.

Tento vynález se dále týká způsobu výroby pružného tenkovrstvého otevřeného zvlhčeného elektrochemického článku, který je obdobný shora popsaným článkům, přičemž tento způsob zahrnuje následující kroky:

(a) vlhčení pórovité substance vodným roztokem, obsahujícím navlhavý materiál, elektroaktivní rozpustný materiál a ve vodě rozpustný polymer; toto vlhčení může být prováděno buď smáčením či ponořováním, nebo tiskařskou technikou;

(b) nanášení na jednu stranu pórovité substance záporné pólové vrstvy; a • · (c) nanášení na druhou stranu pórovité substance kladné pólové vrstvy.

Záporná a kladná pólová vrstva obsahuje aktivní nerozpustné práškové substance, smísené s navlhavým materiálem, dále elektroaktivní rozpustný materiál a ve vodě rozpustný polymer, s výhodou stejných typů jako pod bodem (a), přičemž jsou tyto pólové vrstvy s výhodou nanášeny s použitím vhodné tiskařské techniky, zvolené například na základě těch technik, které byly shora zmíněny.

Předmětný způsob může dále zahrnovat opatřování článku přídavnými vrstvami a součástmi, jako je například, avšak bez jakéhokoliv omezení, zvnějšku umístěná přilnavá adhezivní zadní vrstva nebo vrstvy, a/nebo plátková ochranná vrstva nebo vrstvy, a záporná koncovka a kladná koncovka.

Daný způsob může dále ještě zahrnovat bipolární spojení dvou nebo více článků, například pomocí vodivého oboustranného přilnavého pásku nebo vodivé vrstvy lepidla, nanášené například s pomocí vhodné tiskařské techniky, za účelem vytvoření elektrického energetického zdroje se zvýšeným výkonem (například s v podstatě dvojnásobným, trojnásobným a tak dále).

V souladu s předmětem tohoto vynálezu může být uvedené bipolární spojení provedeno tak, že se spolu vzájemně spojí v postupné orientaci „od hlavy k ocasu dva nebo více již předem vyrobených článků, nebo že se alternativně přímo vyrábí dva nebo více článků takto orientovaných nanášením vhodných vrstev jednu na druhou, a to s výhodou s použitím shora popsaných vhodných tiskařských technik.

Pružný tenkovrstvý otevřený elektrochemický článek podle tohoto vynálezu má vůči dosud známým tenkovrstvým článkům celou řadu podstatných výhod. Přestože jde o otevřený článek, nedochází k žádné akumulaci plynů během jeho skladování, a kromě toho je neustále udržován ve vlhkém a neporušeném stavu v důsledku použití navlhavého materiálu pro neustálé udržování článku ve vlhkém stavu po celou dobu, a v důsledku použití ve vodě rozpustného polymeru pro získání požadované viskozity neboli vazkosti za účelem přilnavosti pólových vrstev k vrstvě vodného elektrolytu.

Pružný tenkovrstvý otevřený elektrochemický článek podle tohoto vynálezu má ještě i jiné výhody, kterými jsou následující přednosti.

Za prvé tento článek nemá vnější pevný obal, v důsledku čehož je tenký, lehký a pružný, a může být vyráběn v jakýchkoliv velikostech, tvarech, barvách, přičemž může být opatřen různými vzory, takže je vhodný pro celou řadu různých uplatnění.

Za druhé v důsledku využití vhodné tiskařské techniky pro jeho výrobu se náklady na výrobu tohoto článku snižují, čímž klesá i cena samotného článku. Tiskařskou technikou mohou být jednak vyráběny velké listy, které mohou být řezány na požadovanou velikost, jednak je tato tiskařská technika podstatně efektivnější a méně nákladná.

Za třetí je předmětný článek s výhodou vyráběn z materiálů, které jsou velmi šetrné jak k životnímu prostředí, tak i k člověku (tyto materiály přednostně neobsahují žádnou • · rtuť ani těžké kovy). A konečně může být daný článek vyráběn jako samolepicí, a to v důsledku toho, že může být opatřen samolepicí přilnavou adhezivní zadní vrstvou.

Nyní bude podán popis následujících příkladů, které společně se shora uvedeným popisem ilustrují předmět tohoto vynálezu.

Příklad 1

Byl připraven roztok, obsahující 120 mg polyvinylalkoholu (vodný rozpustný polymer) a 1 680 mg chloridu zinečnatého (navlhavý hygroskopický materiál a elektroaktivní rozpustný materiál), v 1,2 ml vody. Tento roztok měl lepidlovitý viskózní vazký vzhled.

Pásek filtračního papíru o rozměrech 4,5 cm x 7 cm byl tímto roztokem důkladně navlhčen s použitím smáčecí, ponořovací nebo tiskařské techniky.

Dále bylo 300 mg zinkového prášku promícháno se shora uvedeným roztokem a bylo natištěno na jednu stranu pásku filtračního papíru, sloužícího jako záporná pólová vrstva. Na druhou stranu byla natištěna směs 250 mg oxidu manganičitého a 50 mg vodivého uhlíkového prášku, rozmíchaná ve shora uvedeném roztoku, což slouží jako kladná pólová vrstva.

Po uspořádání elektrických kontaktů na obou stranách a po připojení na příslušné zatížení byl změřen tok elektrického proudu. Proud o velikosti 12 mikroampér na centimetr čtvereční o napětí od 1,7 do 1,2 voltů byl snadno nepřetržitě udržován po dobu pěti dnů za pokojových podmínek.

• ·

Příklad 2

Byl připraven otevřený článek, a to stejným způsobem, jako v případě příkladu 1, a tento článek byl připojen k voltmetru. Jak je znázorněno na obr. 4, tak měření napětí, produkovaného daným článkem za pokojových podmínek, ukázalo vydávané napětí od 1,7 do 1,2 voltů, které bylo udržováno po dobu devíti po sobě následujících dnů.

Příklad 3

Byl připraven nasycený roztok hydroxidu draselného, který byl uveden do viskozity lepidla smícháním s ve vodě rozpustným polymerem. Pórovitá substance (například filtrační papír) byla důkladně navlhčena tímto roztokem, a směs tohoto roztoku s práškem oxidu nikelnatého byla nanesena na jednu stranu pórovité substance za účelem vytvoření kladné pólové vrstvy, přičemž obdobná směs s kadmiovým práškem byla nanesena na druhou stranu pórovité substance za účelem vytvoření záporné pólové vrstvy.

Připojením voltmetru k oběma těmto stranám bylo naměřeno napětí o velikosti 1,2 voltů, přičemž byla rovněž naměřena vysoká hodnota elektrického proudu, když byly tyto dvě vrstvy připojeny k příslušnému zatížení. Článek nevyschl ani ve svém otevřeném stavu, a může být podle požadavků znovu dobit.

Příklad 4

Byl připraven tentýž nasycený roztok hydroxidu sodného jako u příkladu 3, a tímto roztokem byla zvlhčena pórovitá • · substance. Směs tohoto roztoku se zinkovým práškem byla nanesena na jednu stranu pórovité substance za účelem vytvoření záporné pólové vrstvy, přičemž obdobná směs s práškem oxidu stříbrného, obsahujícího podle požadavků určité množství uhlíkového prášku, byla nanesena na druhou stranu pórovité substance za účelem vytvoření kladné pólové vrstvy.

Připojením voltmetru k oběma stranám bylo naměřeno napětí 1,2 voltu, a rovněž byl naměřen proud o značné velikosti, a to po připojení obou těchto vrstev k příslušnému zatížení. Tento článek nevysychá ani v otevřeném stavu a může být podle požadavků znovu dobit.

Příklad 5

Byl připraven tentýž nasycený roztok hydroxidu draselného, jako u příkladu 3, a tímto roztokem byla zvlhčena pórovitá substance. Směs tohoto roztoku se zinkovým práškem byla nanesena na jednu stranu pórovité substance za účelem vytvoření záporné pólové vrstvy, přičemž obdobná směs s práškem oxidu manganičitého, obsahujícím podle potřeby určité množství uhlíkového prášku, byla nanesena na druhou stranu pórovité substance za účelem vytvoření kladné pólové vrstvy.

Připojením voltmetru k oběma uvedeným stranám bylo naměřeno napětí 1,5 voltu a současně byly naměřeny významné hodnoty elektrického proudu po připojení obou vrstev k příslušnému zatížení. Článek ani v otevřeném stavu nevyschl. Opětovné dobíjení takto vytvořeného článku však může být obtížné.

• · • · » ·

Příklad 6

Byl připraven tentýž nasycený roztok hydroxidu draselného, jako u příkladu 3, přičemž tímto roztokem byla zvlhčena pórovitá substance. Směs tohoto roztoku s práškem oxidu nikelnatého byla nanesena na jednu stranu pórovité substance za účelem vytvoření kladné pólové vrstvy, přičemž obdobná směs se železným práškem byla nanesena na druhou stranu pórovité substance za účelem vytvoření záporné pólové vrstvy.

Připojením voltmetru k oběma uvedeným stranám bylo naměřeno napětí o velikosti 0,9 voltů, přičemž po připojení obou vrstev k příslušnému zatížení bylo možno měřit i elektrický proud. Tento článek ani v otevřeném stavu nevyschne a může být podle požadavku znovu dobit.

Příklad 7

Byl připraven třicetiprocentní roztok kyseliny sírové, který byl uveden do vazkosti lepidla smíšením s ve vodě rozpustným polymerem. Pórovitá substance (například filtrační papír) byl důkladně provlhčen tímto roztokem, přičemž směs tohoto roztoku s oxidem olovnatým byla nanesena na obě strany pórovité substance.

Obě tyto strany byly poté připojeny k energetickému zdroji o napětí větším než 2 volty, kterýmžto napětím byl článek nabit. Dobíječi a vybíjecí cykly se mohou opakovat, aniž by článek v otevřeném stavu vyschl.

• · • ·

		···· ·* · · ♦ • · | · · ·· · · » » · · . ·· 26· ♦ · · · ··· ···· ··» ·· · »* ··
Přestože	byl předmět	vynálezu popsán s ohledem na
omezený počet	příkladů	jeho provedení, je zde třeba

zdůraznit, že může být vytvořeno velké množství dalších variací, modifikací nebo jiných uplatnění předmětu tohoto vynálezu.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Pružný tenkovrstvý otevřený zvlhčený elektrochemický článek vyznačující se tím, že obsahuje první vrstvu nerozpustného záporného pólu, druhou vrstvu nerozpustného kladného pólu a třetí vrstvu vodného elektrolytu, přičemž uvedená třetí vrstva je umístěna mezi uvedenou první vrstvou a uvedenou druhou vrstvou, přičemž obsahuj e:

   (a) navlhavý hygroskopický materiál pro neustálé udržování otevřeného článku ve vlhkém stavu po celou dobu;

   (b) elektroaktivní rozpustný materiál pro dosažení požadované iontové vodivosti; a (c) ve vodě rozpustný polymer pro dosažení požadované viskozity pro přilnutí uvedené první a uvedené druhé vrstvy k uvedené třetí vrstvě.

   Tv/W-w

   2. Článek podle nároku 1 vyznačuj ící se ti m , že uvedená elektrolytická vrstva je vázána prostřednictvím pórovité substance. 3. Článek podle nároku 2 vyznačuj ící se ti m , že uvedená pórovitá substance je vybrána ze skupiny, zahrnující filtrační papír, plastikovou membránu, celulózovou membránu a tkaninu. 4. Článek podle nároku 1 vyznačuj ící se ti m , že uvedená první

   • · vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje prášek oxidu manganičitého a uvedená druhá vrstva nerozpustného záporného

   pólu obsahuje zinkový prášek. 5. Článek podle nároku 4 v y z n a č u j ící se t í m , že uvedená první vrstva nerozpustného záporného pólu dále obsahuj e uhlíkový prášek. 6. Článek podle nároku 4 v y z n a č u j ící se t i m , že uvedená druhá vrstva nerozpustného kladného pólu dále obsahuj e uhlíkový prášek. 7 . Článek podle nároku 4 v y z n a č u j ící se t i m , že uvedený

   elektroaktivní rozpustný materiál je vybrán ze skupiny, sestávající z chloridu zinečnatého, bromidu zinečnatého, fluoridu zinečnatého a hydroxidu draselného.

   8. Článek podle nároku 1 vyznačující se tím, že uvedená první vrstva nerozpustného záporného pólu zahrnuje prášek oxidu stříbrného a uvedená druhá vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje zinkový prášek.

   9. Článek podle nároku 8 vyznačující se tím, že uvedeným elektroaktivním rozpustným materiálem je hydroxid draselný.

   10. Článek podle nároku 1 vyznačující se tím, že uvedená první vrstva nerozpustného záporného pólu obsahuje kadmiový prášek a uvedená druhá vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje prášek oxidu nikelnatého.

   11. Článek podle nároku 10 vyznačující se tím, že uvedeným elektroaktivním rozpustným materiálem je hydroxid draselný.

   12. Článek podle nároku 1 vyznačující se tím, že uvedená první vrstva nerozpustného záporného pólu obsahuje železný prášek a uvedená druhá vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje prášek oxidu nikelnatého.

   13. Článek podle nároku 12 vyznačující se tím, že uvedeným elektroaktivním rozpustným materiálem je hydroxid draselný.

   14. Článek podle nároku 1 vyznačující se tím, že uvedená první vrstva nerozpustného záporného pólu a uvedená druhá vrstva nerozpustného kladného pólu obsahuje prášek oxidu olovnatého, přičemž je článek nabit napětím, přivedeným na uvedené póly.

   15. Článek podle nároku 14 vyznačující se tím, že uvedeným elektroaktivním rozpustným materiálem je kyselina sírová.

   16. Článek podle nároku 1 vyznačující se tím, že uvedený navlhavý materiál a uvedený elektroaktivní rozpustný materiál je jeden a tentýž materiál.

   »<* · · · · • · · ·

   17. Článek podle nároku 16 vyznačující se tím, že uvedený jeden a tentýž materiál je vybrán ze skupiny, sestávající z chloridu zinečnatého, bromidu hydroxidu draselného.

   zinečnatého, fluoridu zinečnatého a nároku 1 že uvedený navlhavý sestávající z chloridu

   18. Článek podle vyznačující se tím materiál je vybrán ze skupiny, vápenatého, bromidu vápenatého, dvojfosforečnanu draselného a octanu draselného.

   19. Článek vyznačuj ící podle se tím nároku 1 že uvedený ve vodě rozpustný polymer je vybrán ze skupiny, sestávající z polyvinylalkoholu, polyakrylamidu, kyseliny polyakrylové, polyvinylpyrolidonu, polyetylénoxidu, agaru, agarózy, škrobu, hydroxyetylcelulózy a jejich kombinací a kopolymeru.

   20. Článek podle nároku 1 vyznačující se tím, že uvedený ve vodě rozpustný polymer a uvedený navlhavý materiál je jeden a tentýž materiál.

   21. Článek podle nároku 1 vyznačující se tím, že uvedený jeden a tentýž materiál je vybrán ze skupiny, sestávající z dextranu, dextransíránu a jejich kombinací a kopolymeru.

   22. Článek vyznačuj ící podle nároku 1 se tím, že dále obsahuje • · • · koncovky, přičemž každá z uvedených koncovek je elektricky spojena s jednou nebo s druhou shora uvedenou pólovou vrstvou.

   23. Článek vyznačuj ící vyrobena z kovu.

   podle se tím nároku že uvedená koncovka je

   24. Článek vyznačuj ící vyrobena z grafitu.

   podle se tím nároku že uvedená koncovka je

   25. Článek vyznačuj ící nároku že uvedený je podle se tím vybrán ze skupiny, sestávající ze železa, niklu, titanu, mědi, nerezavějící oceli a jejich směsí, přičemž jsou uvedené terminály aplikovány k článku pomocí tiskařské techniky.

   kov

   26. Článek podle vyznačující se tím, alespoň jednu vodivou vrstvu pro vodivosti alespoň jedné z uvedených vrstvy.

   nároku 1 že dále obsahuje zlepšení elektronové první a druhé pólové

   27. Článek podle nároku 26 vyznačující se tím, že uvedená vodivá vrstva je vybrána ze skupiny, sestávající z grafitového papíru a uhlíkové tkaniny.

   28. Článek podle nároku vyznačující se tím, že dále vnější vrstvu, vybranou ze skupiny, sestávající obsahuj e z přilnavé • · • · · • · adhezivní zadní vrstvy, plátkové ochranné vrstvy a z kombinace přilnavé adhezivní zadní vrstvy a plátkové ochranné vrstvy.

   29. Elektrický energetický zdroj

   vyzn a č u jící se tím, že sestává ze dvou článků podle nároku 1, které jsou spojeny v orientaci „od hlavy k ocasu ' v bipolárním zapojení. 30 . Elektrický energetický zdroj podle nároku 29 vyzn a č u jící se tím, že uvedené spojení je

   provedeno pomocí lepidla, vybraného ze skupiny, sestávající z vodivé oboustranné lepicí pásky a vodivé vrstvy lepidla.

   31. Elektrický energetický zdroj podle nároku 30 vyznačující se tím, že uvedená vodivá oboustranná lepicí páska a uvedená vodivá vrstva lepidla jsou nanášeny prostřednictvím tiskařské techniky.

   32. Pružný tenkovrstvý otevřený zvlhčený elektrochemický článek vyznačující se tím, že obsahuje první vrstvu nerozpustného záporného pólu, druhou vrstvu nerozpustného kladného pólu a třetí vrstvu vodného elektrolytu, přičemž uvedená třetí vrstva je umístěna mezi uvedenou první vrstvou a mezi uvedenou druhou vrstvou, přičemž obsahuje:

   (a) ve vodě rozpustný polymer pro dosažení požadované viskozity pro přilnutí uvedené první vrstvy a uvedené druhé vrstvy k uvedené třetí vrstvě, a pro dosažení požadované hygroskopičnosti pro neustálé udržování otevřeného článku ve vlhkém stavu po celou dobu; a

   1« 9·9 · (b) elektroaktivní rozpustný materiál požadované iontové vodivosti.

   pro dosažení

   33. Způsob výroby pružného tenkovrstvého zvlhčeného elektrochemického vyznačující se tím, že následující kroky:

   otevřeného článku obsahuj e (a) vlhčení pórovité druhou stranu, vodným materiál, elektroaktivní rozpustný polymer;

   substance, roztokem, rozpustný mající první obsahuj ícím materiál a stranu a navlhavý ve vodě (b) nanášení na uvedenou první stranu pórovité záporné pólové vrstvy; a substance

   (c) nanášení na uvedenou druhou stranu pórovité substance kladné pólové vrstvy. 34. Způsob podle nároku 33 vyznačuj ící se tím, že uvedené vlhčení se

   provádí ponořovací technikou.

   35. Způsob podle nároku 33 v y z n a č u j ící se tím, že uvedené vlhčení se provádí tiskařskou technikou. 36. Způsob podle nároku 33 v y z n a č u j í c í se tím, že uvedené vrstvy záporného a kladného pólu obsahují aktivní nerozpustné práškové materiály, smísené s uvedeným navlhavým

   • ·

   Φ · • ·· · φ e · ·· «· φ · « · « <

   • · φ · φ · • · φ φ » · ··· <

   • φ · · > ' » · φ · * φ ·» hydroskopickým materiálem, elektroaktivním materiálem a ve vodě rozpustným polymerem.

   37. Způsob podle nároku vyznačující se tím, že nanášení vrstev záporného a kladného pólu se provádí rozpustným uvedených tiskařskou technikou.